非離子有機顏料分散體從水中的分離性能研究

孔令銑 劉琛 郝龍云

摘要：基于非離子分散劑AEO-9制備水性非離子有機顏料分散體，系統(tǒng)探究pH、溫度、添加劑（電解質(zhì)和醇類物質(zhì)）對顏料顆粒從水體中分離性能的影響。研究結(jié)果表明，隨著顏料分散液靜置溫度提高，AEO-9對顏料的分散能力下降，顏料顆粒去除率增大；酸性條件下顏料粒子容易聚集，更易從水中分離；電解質(zhì)的加入可使顏料從水中有效分離，電解質(zhì)所帶電荷越多，分離效果越好；醇類物質(zhì)對顏料分離也有一定影響，其中乙醇效果最好，丙二醇效果最差。

關(guān)鍵詞：非離子；有機顏料；分散體；分離

中圖分類號：

TS190.2

文獻標志碼：A

傳統(tǒng)印染行業(yè)利用各類染料對紡織品著色，能耗大、廢水多且處理難度高，急需開發(fā)生態(tài)著色新技術(shù)以推動行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。近年來，研究者嘗試利用水性有機顏料分散體替代染料對紡織品進行著色加工，這種紡織品生態(tài)著色新技術(shù)具有節(jié)能、降耗、減排等優(yōu)點，極具應(yīng)用價值[1-2]。有機顏料是一種疏水固體，與水分子存在強排斥力，必須通過適當(dāng)表面改性才能穩(wěn)定分散于水中[3-4]。表面活性劑是最常用的表面改性物質(zhì)，能顯著改變體系界面狀態(tài)，從而對顏料產(chǎn)生潤濕、分散及穩(wěn)定等諸多作用。非離子表面活性劑在水中不電離，對顏料分散性能受酸、堿及電解質(zhì)影響較小，得到廣泛研究與應(yīng)用。如用非離子表面活性劑Tween 20/Span 20分散酞菁銅顏料，通過潤濕性及分散性測試表征對顏料的表面改性作用[5]；利用非離子表面活性劑NP-10與纖維素酶協(xié)同制備穩(wěn)定有機酞菁綠顏料水性分散體系，并研究其對陽離子改性棉織物的染色性能[6]。非離子有機顏料分散體在水中對織物著色時，部分顏料被織物吸附，剩余顏料則殘留在水體中，若直接排放將對環(huán)境產(chǎn)生一定危害。目前，針對非離子有機顏料顆粒從水中分離性能的研究較少。本文選用基于非離子表面活性劑AEO-9制備的有機顏料分散體為研究對象，系統(tǒng)探究水體pH、溫度、添加劑（電解質(zhì)和醇類物質(zhì)）對顏料顆粒從水體中分離性能的影響。

1 實驗

1.1 材料和儀器

實驗材料：AEO-9（購于廣東嘉寶化工有限公司），顏料紅122（購于山東優(yōu)索化工科技有限公司），硫酸（購于萊陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠），無水硫酸鈉（購于天津市匯杭化工科技有限公司），無水氯化鎂（購于天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司），氫氧化鈉、異丙醇、二甘醇、乙二醇、1， 2-丙二醇（購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司），甲醇（購于天津市富宇精細化工有限公司），甘油（購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司）。

實驗儀器：高速離心機（TGL-16G），分光光度計（752），納米粒度儀（Litesizer 500），超聲波清洗機（SK7200H），超聲粉碎機（JY92-IIDN），濁度計（XINRUI）。

1.2 分散體制備

稱取0.8 g非離子表面活性劑AEO-9于燒杯中，加入40 mL水并攪拌溶解，加入4 g顏料紅122并置于超聲清洗機中處理20 min，隨后使用超聲粉碎機對顏料處理30 min，最后用100 mL容量瓶定容。

1.3 分離效果測試

顏料分散液（2 g/L）置于不同pH（3、6、9）、溫度（50℃～90℃）條件下一定時間（3 min～9 min），于1 000 r/min條件下離心3 min，離心前、后取上清液測吸光度，分別記做A0和A1，顏料從水中的去除率R=（A0-A1）/A0×100%。

探究電解質(zhì)對分離效果的影響，在顏料分散液（2 g/L）中加入0.01 mol/L不同電解質(zhì)（硫酸鈉、氯化鎂、硝酸鋁），50℃條件下加熱3 min，于1 000 r/min條件下離心3 min，取上清液測吸光度，計算R。

探究醇類物質(zhì)對分離效果的影響，在顏料分散液（2 g/L）中加入0.01 mol/L不同醇（甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、丙二醇、乙二醇、甘油、二甘醇），50℃條件下加熱3 min，于1 000 r/min條件下離心3 min，取上清液測吸光度，計算R。

1.4 粒度與濁度測試

顏料分散體粒度測試：采用1 cm石英比色皿，于25℃條件下用納米粒度儀測定顏料分散顆粒粒度。

濁度測試：預(yù)熱濁度計，向?qū)Ｓ脺y試瓶中裝入蒸餾水調(diào)零，然后測量待測溶液濁度。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對顏料分離效果的影響

研究溫度對顏料從水中分離效果的影響，溫度越高，加熱時間越長，顏料去除率越高（圖1）。因為溫度越高，顏料粒子運動越劇烈，更易克服彼此間的排斥而發(fā)生相互碰撞[7-8]，進而發(fā)生聚集，提高去除率。

AEO-9是一種非離子表面活性物質(zhì)，隨溫度升高由完全溶解轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠秩芙?，膠束溶液將發(fā)生相分離，通過測定溶液濁度可反映該變化。由圖2可知，隨著溫度升高，溶液濁度增加，表明AEO-9溶解度下降，使其對顏料的分散能力減弱，改善顏料從水中的分離效果。

2.2 pH對顏料分離效果的影響

酸堿性質(zhì)也會對顏料從水中的分離產(chǎn)生重要影響。測試不同pH條件下顏料的去除效果，pH=3時，顏料去除率最高；pH=6和pH=9時，效果較差（圖3）。酸性條件下，顏料顆粒表面電位下降[8-9]，顏料間靜電排斥力減小，使顏料粒子容易聚集而從水中分離。中性和弱堿條件下，顏料顆粒之間仍有較強相互排斥穩(wěn)定作用，不易發(fā)生顯著聚集現(xiàn)象。

不同pH對顏料分散顆粒粒徑的影響，pH=3時，顏料粒徑明顯增大，與上述去除率結(jié)果相對應(yīng)；堿性和中性條件下，顏料粒徑保持穩(wěn)定，不易從水中分離（圖4）。

2.3 電解質(zhì)對顏料分離效果的影響

由圖5可知，相同濃度下，顏料去除效果為硝酸鋁>氯化鎂>硫酸鈉，即電解質(zhì)金屬離子所帶電荷數(shù)越多，去除效果越高。電解質(zhì)在水中電離產(chǎn)生金屬離子，將壓縮顏料表面電位[10]，削弱顏料粒子間靜電斥力，降低顏料分散體系穩(wěn)定性，顏料粒子容易積聚而從水中分離。

2.4 醇類物質(zhì)對顏料分離效果的影響

由圖6可知，甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇四種一元醇中，乙醇脫色效果最好；而乙二醇，丙二醇和二甘醇三種二元醇中，二甘醇脫色效果最好。整體來看，乙醇和二甘醇脫色效果較好，丙二醇脫色效果最差。可能因為乙醇和二甘醇分子易被顏料表面吸附而奪取顏料表面水分子，使其發(fā)生固液分離；丙二醇對顏料表面水化層影響較小，顏料可以較為穩(wěn)定的存在于殘液中。

3 結(jié)論

本文系統(tǒng)研究溫度、pH、電解質(zhì)、醇類對非離子型有機顏料顆粒從水中分離性能的影響。顏料分散液靜置溫度越高，顏料的去除率就越高，這是因為高溫使顏料粒子運動加劇，更易克服彼此間排斥而發(fā)生相互碰撞，進而發(fā)生聚集；隨著溫度增加，AEO-9的溶解度下降，對顏料的分散能力下降，也易導(dǎo)致顏料從水中分離；pH=3的酸性條件下顏料去除率最高，因為酸性條件下顏料顆粒表面電位下降，顏料粒子容易聚集；電解質(zhì)的加入可使顏料從分散體系中有效分離，電解質(zhì)所帶電荷越多，分離效果越好；醇類物質(zhì)對顏料分離也有一定影響，其中乙醇脫色效果最好，丙二醇效果最差。

參考文獻

[1]李運景， 郝龍云. 改性海藻酸鈉對光固化聚氨酯丙烯酸酯樹脂乳化及涂料固色性能的影響[J]. 涂料工業(yè)， 2023， 53（6）： 9-15+21.

[2]FANG K J， WANG C X， ZHANG X， et al. Dyeing of cationized cotton using nanoscale pigment dispersions[J]. Coloration Technology， 2005， 121（6）： 325-328.

[3]HAO L Y， WANG R， WANG L， et al. The influences of enzymatic processing on physico-chemical and pigment dyeing characteristics of cotton fabrics[J]. Cellulose， 2016， 23（1）： 929-940.

[4]高小燕， 楊江， 劉海玲. 二聚酸鈉對銅酞菁顏料分散性能的影響[J]. 染料與染色， 2022， 59（1）： 44-47+10．

[5]楊超， 王蕊， 蔡玉青， 等. Tween 20/Span 20和纖維素酶協(xié)同分散酞菁銅顏料[J]. 印染助劑， 2018， 35（4）： 35-41.

[6]宋佳麗， 李運景， 郝龍云. 有機顏料水性分散體系的制備及其對棉織物的染色性能[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù)， 2023， 31（3）： 188-193.

[7]姚丹丹， 李小麗， 田安麗， 等. 超細顏料表面改性及其染色性能[J]. 印染， 2011， 37（4）： 10-13+23.

[8]CHEN S Y， WANG C X， YIN Y J. Investigation of aqueous foam stability containing pigment colorant using polyoxyethylene nonionic surfactant[J]. Chemical Papers， 2017， 71（9）： 1633-1643.

[9]ZHAO Y T， WANG R， FANG K J， et al. Investigating the synergetic dispersing effect of hydrolyzed biomacromolecule cellulase and SDS on CuPc pigment[J]. Colloids and Surfaces B： Biointerfaces， 2019， 184：110568-110576.

[10] LI Y J， WANG L， WANG R， et al. Hydrophobically modified alginate for enhancing the dispersibility of SDS to CuPc pigment colorant in water[J]. Fibers and Polymers， 2023， 24（5）： 1707-1715.

Research on the Separation Performance of Non-ionic Organic

Pigment Dispersions from Water

KONG Ling-xian， LIU Chen， HAO Long-yun

（College of Textile and Garment， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

Abstract：

The water-based non-ionic organic pigment dispersions were prepared using the non-ionic dispersant AEO-9， and the effects of pH， temperature， additives （electrolytes and alcohols） on the separation performance of pigment particles from water were systematically investigated. The results show that as the static temperature of the pigment dispersion increases， the dispersibility of AEO-9 towards pigments decreases， which is beneficial for the removal of pigment particles. Under acidic conditions， pigment particles tend to aggregate， making it easier to separate from water. The addition of electrolytes can effectively separate pigments from water， and the more charges the electrolyte carries， the better the separation effect. Alcohols also have a certain impact on pigment separation， with ethanol having the best removal effect and propylene glycol having the worst effect.

Keywords：

non-ionic; organic pigment; dispersions; separation